Схемотехника аналоговых устройств (стр. 24 )

Рис. 11.5. Структура МОП-транзистора со встроенным каналом n-типа

Стоково-затворные характеристики такого транзистора смещены по горизонтальной оси и располагаются в районе нулевых значений UЗИ.

Рис. 11.6. Стоково-затворная характеристика МОП-транзистора
со встроенным каналом n-типа (UЗИН – напряжение затвор – исток насыщения)

Стоковые характеристики отличаются только наличием значений ±UЗИ.

Рис. 11.7. Стоковая характеристика МОП-транзистора со встроенным каналом n-типа

11.1.5. Статические дифференциальные параметры

полевых транзисторов

1.  Крутизна стоково-затворной характеристики – это отношение приращения тока стока к приращению напряжения затвор – исток при постоянном напряжении сток – исток: при UСИ = const.

2.  Внутреннее дифференциальное сопротивление – это отношение приращения напряжения сток – исток к приращению тока стока при постоянном напряжении затвор – исток: при UЗИ = const.

3.  Коэффициент усиления по напряжению – это отношение приращения напряжения сток – исток к приращению напряжения затвор – исток при постоянном токе стока: при IC = const.

11.1.6. О токе стока

В справочных данных часто указывается разность между напряжением UЗИ и напряжением отсечки UОТС. Поэтому ток стока принято определять выражением при UЗИ – UОТС = const. В результате на стоковых характеристиках принято выделять линейный участок, на котором IС ~ (UЗИ – UОТС), и участок насыщения, на котором IС ~ (UЗИ – UОТС)2.

Рис. 11.8. Участки стоковой характеристики МОП-транзистора

Более точно линейный участок стоковой характеристики характеризуется выражением , а участок насыщения – выражением , где – некоторый коэффициент, зависящий от температуры.

Для насыщения ПТ требуется достаточно большое значение UСИ, при котором получают максимальный IС при данной величине UЗИ. Именно этот участок стоковой характеристики используется в источниках тока и усилителях на ПТ.

Контрольные вопросы к лекции

1.  В чем заключается принцип работы ПТ с управляющим p-n-переходом?

2.  Чем отличаются МОП-транзисторы с индуцированным каналом от ПТ с управляющим p-n-переходом?

3.  Чем отличаются МОП-транзисторы со встроенным каналом от МОП-транзисторов с индуцированным каналом?

4.  Что характеризуют статические дифференциальные параметры ПТ?

ЛЕКЦИЯ 12

12.1. Логические ключи и инверторы на ПТ

12.1.1. Логические ключи и инверторы на МОП-транзисторах

Логические ключи позволяют включать нагрузку в цепи стока при подаче управляющего сигнала. Ниже (рис. 12.1) приведен пример логического ключа на n-канальном МОП-транзисторе.

Рис. 12.1. Схема логического ключа на ПТ

Инверторы позволяют получить на выходе сигнал с полярностью, противоположной входному.

n-канальный инвертор p-канальный инвертор

Рис. 12.2. Схемы инверторов на ПТ

Недостатки n- и р-канальных инверторов:

1) потребляют ток во включенном состоянии;

2) имеют большое выходное сопротивление в выключенном состоянии, определяемое величиной нагрузочного резистора R = [10…100 к].

Данный недостаток устраняется в КМОП-инверторах.

12.1.2. КМОП-инвертор

КМОП-инвертор – схема, выполненная на двух комплементарных МОП-транзисторах и являющаяся базовой структурой для всех логических КМОП-элементов.

Рис. 12.3. Схема КМОП-инвертора

Достоинства КМОП-инверторов:

1)  практически отсутствует потребление тока;

2)  очень малое выходное сопротивление.

Действительно, потребления тока практически нет, так как транзисторы работают по очереди. При положительной полярности входного импульса
n-канальный МОП-транзистор открыт, а р-канальный – закрыт и его сопротивление > 20 МОм. При отрицательной полярности входного импульса, наоборот, р-канальный МОП-транзистор открыт, а n-канальный – закрыт и его сопротивление также составляет > 20 МОм.

Малое выходное сопротивление обусловлено тем, что один из транзисторов всегда открыт и имеет типичное сопротивление канала – 20–100 Ом. В результате .

12.2. Аналоговые ключи на ПТ

12.2.1. Аналоговые ключи на МОП-транзисторах

МОП-транзисторы в качестве аналоговых ключей в основном применяются в силу таких свойств, как малое сопротивление в проводящем режиме («вкл.») и высокое сопротивление в состоянии отсечки («выкл.»), малые токи утечки и малая емкость. МОП-транзисторы являются для аналоговых сигналов идеальными ключами, управляемыми напряжением.

n-канальный ключ p-канальный ключ

Рис. 12.4. Схемы аналоговых ключей на МОП-транзисторах

Диапазон входного сигнала для n-канального ключа ограничен от 0 В до , где , поскольку дальнейшее уменьшение приводит к тому, что не может удержать канал в полностью открытом состоянии. В результате в рассматриваемой схеме увеличение приведет к и уменьшению тока стока.

Диапазон входного сигнала для р-канального ключа ограничен от до , так как при дальнейшем уменьшении отрицательного напряжения по отношению к истоку оно окажется недостаточным для удержания канала в полностью открытом состоянии. Рекомендуемая величина резистора нагрузки для аналогового ключа – 1–100 к.

12.2.2. Аналоговый КМОП-ключ

КМОП-ключ выполнен на комплементарных МОП-транзисторах и обеспечивает возможность прохождения сигнала во всем динамическом диапазоне, определяемом источником питания (т. е. от 0 В до ). В КМОП-ключе затворы транзисторов соединены через инвертор, объединенные истоки образуют вход, а объединенные стоки – выход ключа. Таким образом, n-канальный транзистор пропускает входной сигнал от 0 до почти , а р-канальный транзистор пропускает входной сигнал от до почти 0 В. В результате весь динамический диапазон 0– оказывается перекрытым.

Рис. 12.5. Аналоговый КМОП-ключ

12.3. Источники тока на ПТ

12.3.1. Простейший источник тока на ПТ

Самым простым образом источник тока на ПТ можно получить, включив нагрузку в цепь стока и соединив затвор с истоком. При этом в соответствии со стоковой характеристикой для при параметрах нагрузки, обеспечивающих условие , получаем постоянный ток стока, независимый от (и от нагрузки соответственно).

Рис. 12.6. Простейший источник тока на ПТ

Недостатки простейшего источника тока на ПТ:

1)  током нельзя управлять;

2)  из-за разброса параметров ПТ ток через нагрузку случаен и у разных ПТ одного типа может отличаться в несколько раз.

12.3.2. Источник тока на ПТ с автоматическим смещением